浅谈基于NB-IoT的智慧校园

赵欣然 杨爽 天津市南开中学

浅谈基于NB-IoT的智慧校园

赵欣然 杨爽 天津市南开中学

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网时代也是“信息化”时代的重要发展阶段。随着网络技术的飞速发展，NB-IoT作为NB-LTE和NB-CIoT的融合体应运而生，并适应了当代物联网的种种需求。校园中可以利用NB-IoT的技术特点组建嵌入式系统，将物联网中的数据和分散的学科与技术相融合，并集成到统一的实训平台上，应用于设备设施管理、校园环境管理和教育教学管理等方面。

物联网 NB-IoT智慧校园

在当今的教育领域中，如何将信息技术的优势与学生自主、合作、探究的学习方式相结合，是教育者始终面临的挑战。这些挑战促使教育领域产生了移动学习、泛在学习等教育教学理念。而IPV6、云计算、5G等技术的发展，则标志着物联网与教育领域的深度融合已迫在眉睫。

1 NB-IoT

NB-IoT（窄带物联网技术），融合了NB-CIoT和NB-LTE的优点，既满足了LTE网络的低功耗低速率的需求，又解决了NB-CIoT网络对室内覆盖性、大规模设备链接、降低设备复杂度、减小功耗和时延这五大问题。它实际上是具有高度集成性的网络，它将传感器、射频识别、检测功能、通信和网络融合到了一起，使其通信成本大大降低，待其商用后，会更加适合教育领域的使用。

2 NB-IoT的技术特点1

2.1 更强的网络覆盖能力

NB-IoT上行传输采用3．75kHz子载波，具备更高的功率谱密度。另外，通过编码可以带来3~4dB的增益。通过最大16倍的重传机制可以带来3~12dB的增益。和GPRS相比，NB-IoT的覆盖可以提高20dB以上。覆盖更广、更深，有能力覆盖到地下停车场、地下管网。

2.2 接入容量大，建设成本低

NB-IoT可直接部署于2G/3G/4G/5G网络。在接入能力上，对于小流量、时延不敏感的应用场景，NB-IoT单个扇区可以支持5~10万个终端的接入，较现有蜂窝移动网络高出50~100倍以上。因此，运营商只需要很低的建设成本，就可以快速形成NBIoT的承载能力。

2.3 终端低功耗

NB-IoT终端的功耗具有如下特征：（1）网络覆盖能力强，终端以低于GPRS的功率即可接入网络；（2）维持接入的开销减少，包括空中接口的信令简化，终端发送位置信息频次减少，网络监听的频次减少；（3）终端工作方式上的低功耗，包括采用节能模式，使得99%的时间里处于深度睡眠的终端功耗只需15μW；（4）芯片与模块工艺上的低电流、低功耗。因此，NB-IoT终端的功耗低，采用电池供电即可。

3 基于NB-IoT的智慧校园

校园中可以利用NB-IoT组建嵌入式系统，针对于NB-IoT的特点，其在校园网中的应用主要有以下几种情景：

3.1 设备和设施管理

学校的大型会议设备、运动设施、教学仪器等都存在着离散分布、管理不方便、保养难等情况。我们可以利用NB-IoT的无线传感技术进行信息采集，通过网络系统对其进行管理和调度，从而有效的对各类设施的使用情况进行追踪，当设备出现损坏或丢失情况，可通过NB-IoT网络向系统发送信号，由系统通知相关管理员进行设备维护工作。

3.2 校园环境管理

在教室内安装传感器，对教室的温度进行检测，当温度超过舒适范围时，可通过NB-IoT根据情况开启空调或暖气设施进行温度调节，如果温度过高，系统将发送报警信息至保卫部门，减少火灾隐患。

3.3 物联网与教学平台的集成

教学平台现在已广泛被教育工作者使用。教育工作者可通过将物联网采集的数据和现有教学平台进行对接，提升教学和管理效率。教师可以根据物联网获取学生的学习、行踪、健康等数据，对学生的综合素质进行科学评价。由于物联网和教学平台的集成，教师还可以对学生的各项指标进行数据分析和实验研究，从而形成一个科学、合理的分析评估模型，有利于教师对学生的进一步管理。

4 智慧校园面临的挑战

4.1 成本：虽然NB-IoT即将商用，它的低成本被大家普遍看好，但是除了硬件成本外，还需要考虑技术成本。

4.2 安全性：由于NB-IoT的感知层和传输层的数据传输完全借助于无线信道，无线网络的安全问题也就成为了智慧校园所面临的最关键挑战。为了加强NB-IoT的可用性和可靠性，目前比较成熟的办法是引入高效的身份认证机制和密钥机制，为校园网络提供完整性的保护。或建立完善的入侵检测防护系统，拦截恶意攻击数据。

4.3 数据量冗余：伴随着NB-IoT的普及，终端设备的数量将急速上升，而终端设备所带来的数据量将是爆炸性的增长，如何有效地识别、处理和存储海量数据将成为NB-IoT网络存在的问题。

5 结束语

NB-IoT的技术特点非常适合于物联网下的智慧校园建设。虽然基于NB-IoT的智慧校园目前很少被人提及，但随着NBIoT的商用和规模部署，其价值将在未来几年中逐渐显露。未来智慧教育领域的物联网应用模式很快就会成为下一代物联网应用的焦点。当NB-IoT正式进入教育领域时，我们还需深入研究如何利用NB-IoT进行应用的革新，并使其达到真正意义上的基于NB-IoT的智慧校园。

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